Beroendeperiod - ljusstyrka

Beroendeperiod - luminositet ( eng.  period-luminosity relation ) - ett förhållande som kopplar samman ljusstyrkan hos en pulserande stjärnvariabel och perioden för dess pulsation. Det mest kända förhållandet för klassiska Cepheider kallas ibland Leavitts lag . [1] Upptäckt 1908 av Henrietta Swan Leavitt, gjorde relationen det möjligt att använda Cepheider som standardljus för att skala galaktiska och extragalaktiska avstånd. [2] [3] [4] [5] [6] [7]

Historik

Leavitt, en examen från Radcliffe College , arbetade vid Harvard Observatory som en miniräknare ; hon var engagerad i analys av fotografiska plattor, mätning och katalogisering av stjärnors ljusstyrka . Direktören för observatoriet, Edward Charles Pickering , engagerade Leavitt för att studera variabla stjärnor i de stora och små magellanska molnen , som observerades vid Harvard-observatoriets station i Peru. Leavitt upptäckte 1777 variabla stjärnor, varav 47 klassificerades som Cepheider. År 1908 publicerade hon resultaten i Annals of the Harvard College Astronomical Observatory , och noterade att cepheider med hög ljusstyrka hade en lång pulsationsperiod. [10] Baserat på detta arbete undersökte Leavitt noggrant det resulterande förhållandet mellan perioden och ljusstyrkan för ett prov av 25 cepheider från det lilla magellanska molnet som publicerades 1912. [8] Denna artikel skickades in och undertecknades av Pickering, även om den första meningen noterade att verket hade förberetts av Miss Leavitt.

I en tidning från 1912 ritade Leavitt objektens storlek som funktion av periodens logaritm och fastställde att enligt henne kunde två räta linjer dras genom de punkter som motsvarar ljusstyrkans maxima och minima, det vill säga där är ett enkelt förhållande mellan Cepheidernas storlek och deras pulsationsperiod . [8] Genom att använda det förenklade antagandet att alla cepheider i det lilla magellanska molnet är belägna på ungefär samma avstånd, kan den skenbara magnituden för varje stjärna anses motsvara den absoluta magnituden förskjuten med ett fast tal relaterat till avståndet. Detta antagande gjorde det möjligt för Leavitt att visa att logaritmen för pulsationsperioden är linjärt relaterad till logaritmen för den genomsnittliga Cepheid-ljusstyrkan i det optiska området. [elva]

Samtidigt var skalningsparametern okänd, eftersom det exakta avståndet till de magellanska molnen inte var känt. Leavitt uttryckte förhoppningen att parallaxer upp till vissa Cepheider skulle kunna mätas; ett år efter publiceringen av resultaten bestämde Leavitt Einar Hertzsprung avstånden till flera Cepheider i Vintergatan. Med hjälp av dem som en kalibrering var det möjligt att bestämma avståndet till vilken Cepheid som helst med en känd pulsationsperiod. [elva]

Relationen användes av Harlow Shapley 1918 för att bestämma avstånden till klothopar och den absoluta magnituden för variabla stjärnor i hoparna. Vid den tiden var det ännu inte känt att det fanns en skillnad i förhållandena för olika typer av variabla stjärnor, i allmänhet klassade som cefeider. Skillnaden bekräftades av Edwin Hubble i hans papper från 1931 om klotformiga hopar runt Andromedagalaxen . Ingen lösning på problemet kunde hittas förrän på 1950-talet, och det var inte förrän den här gången som Cepheider av Befolkningstyp II visade sig vara systematiskt svagare än Cepheider av Typ I. Variabla stjärnor i kluster ( RR Lyrae variables ) är ännu svagare. [12]

Förhållanden

Beroendet av ljusstyrka på perioden är känt för flera typer av pulserande variabla stjärnor: populationstyp I Cepheider, populationstyp II Cepheider, RR Lyrae stjärnor, Miras och andra långperiodiska variabla stjärnor . [13]

Klassiska cepheider

Period-luminositetsförhållandet för klassiska cepheider kalibrerades av många astronomer under 1900-talet, med början i Hertzsprung. [14] Kalibrering innebär ett antal utmaningar; Men 2007 skapade Benedict och kollegor en robust kalibrering baserad på Hubble -uppmätta trigonometriska parallaxer av 10 cepheider närmast solen. [15] År 2008 bestämde ESO- astronomer avståndet till Cepheid RS Puppis inom 1 % av ljusekodata från nebulosan där stjärnan är inbäddad. [16] Detta resultat ifrågasätts dock i ett antal dokument. [17]

För cepheider av den första typen av population finns det följande samband mellan pulsationsperioden P och den genomsnittliga absoluta stjärnmagnituden M v , erhållen från data om de trigonometriska parallaxerna för 10 cepheider närmast solen:

där P mäts i dagar. [18] [15] Du kan också använda följande relation för att beräkna avståndet d till cepheiderna:

[femton]

eller

[19]

I och V är medelvärdena för den skenbara storleken i de nära infraröda och synliga delarna av spektrumet.

Inflytande

Klassiska Cepheider (även känd som Population I Cepheider eller Delta Cephei variabler) upplever pulsationer med välbevarade perioder som sträcker sig från dagar till månader. Cepheiderna upptäcktes 1784 av Edward Pigott . Det första objektet av denna typ som upptäcktes var Eta Orla , [20] och några månader senare upptäckte John Goodryke variabilitet i Delta Cephei, vilket gav sitt namn till hela klassen av variabla stjärnor av denna typ. [21] De flesta cepeider avslöjar ett karakteristiskt ljuskurvmönster: en snabb ökning av ljusstyrkan och en skarp topp när den övergår till en minskning av ljuset.

Klassiska cepheider är 4–20 gånger mer massiva än solen [22] och upp till 100 000 gånger ljusare. [23] Sådana Cepheider är ljusgula jättar och superjättar av spektralklass F6-K2, och deras radier kan variera med upp till 10 % i en pulsationscykel. [24]

Leavitts arbete med Cepheider i Magellanska molnen ledde till upptäckten av ett samband mellan ljusstyrkan och pulsperioden för Cepheiderna. Dess upptäckt gjorde det möjligt för astronomer att mäta avståndet till andra galaxer. Med tiden upptäcktes Cepheider i andra galaxer, såsom Andromedagalaxen (Edwin Hubble, 1923-24), varefter det blev klart att "spiralnebulosor" är oberoende galaxer utanför Vintergatan. Leavitts upptäckt gjorde det möjligt för Harlow Shapley att visa att solen inte är i centrum av galaxen, och Edwin Hubble att bevisa att Vintergatan inte är i centrum av universum. Ett nytt skede av astronomi började, kopplat till studiet av universums struktur och skala. [25] Hubble ansåg att Leavitt förtjänade Nobelpriset för sitt arbete, [26] hon nominerades till ett stipendium vid Svenska Vetenskapsakademien 1924, men bara tre år efter sin död. [27] [28] .

Anteckningar

  1. ↑ Sloan Digital Sky Survey (9 januari 2018). Ett sekel av cepheider: Två astronomer med hundra års mellanrum använder stjärnor för att mäta universum . Pressmeddelande . Arkiverad från originalet den 20 september 2020. Hämtad 23 september 2019 .
  2. ↑ Udalski, A.; Soszynski, I.; Szymanski, M.; Kubiak, M.; Pietrzynski, G.; Wozniak, P.; Zebrun, K. Experimentet med optisk gravitationslins. Cepheider i de magellanska molnen. IV. Katalog över cepheider från det stora magellanska molnet  //  Acta Astronomica : journal. - 1999. - Vol. 49 . - s. 223-317 . - . — arXiv : astro-ph/9908317 .
  3. ↑ Soszynski, I.; Poleski, R.; Udalski, A.; Szymanski, M.K.; Kubiak, M.; Pietrzynski, G.; Wyrzykowski, L.; Szewczyk, O.; Ulaczyk, K. Experimentet med optisk gravitationslins. OGLE-III-katalogen över variabla stjärnor. I. Klassiska cepheider i det stora magellanska molnet  //  Acta Astronomica : journal. - 2008. - Vol. 58 . — S. 163 . — . - arXiv : 0808.2210 .
  4. ↑ Freedman, Wendy L.; Madore, Barry F.; Gibson, Brad K.; Ferrarese, Laura; Kelson, Daniel D.; Sakai, Shoko; Mould, Jeremy R.; Kennicutt, Jr., Robert C.; Ford, Holland C.; Graham, John A.; Huchra, John P.; Hughes, Shaun M.G.; Illingworth, Garth D.; Macri, Lucas M.; Stetson, Peter B. Slutliga resultat från Hubble Space Telescope Key Project to Measure the Hubble Constant  //  The Astrophysical Journal  : journal. - IOP Publishing , 2001. - Vol. 553 , nr. 1 . - S. 47-72 . - doi : 10.1086/320638 . - . - arXiv : astro-ph/0012376 .
  5. ↑ Tammann, G.A.; Sandage, A.; Reindl, B. Expansionsfältet: värdet på H 0  //  The Astronomy and Astrophysics Review : journal. - 2008. - Vol. 15 , nr. 4 . - s. 289-331 . - doi : 10.1007/s00159-008-0012-y . - . - arXiv : 0806.3018 .
  6. ↑ Majaess, DJ; Turner, GD; Lane, DJ Characteristics of the Galaxy enligt Cepheider  // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society  : journal  . - Oxford University Press , 2009. - Vol. 398 , nr. 1 . - S. 263-270 . - doi : 10.1111/j.1365-2966.2009.15096.x . - . - arXiv : 0903.4206 .
  7. ↑ Freedman, Wendy L.; Madore, Barry F.  Hubble Constant  // Årlig granskning av astronomi och astrofysik : journal. - 2010. - Vol. 48 . - s. 673-710 . - doi : 10.1146/annurev-astro-082708-101829 . - . - arXiv : 1004.1856 .
  8. ↑ 1 2 3 Leavitt, Henrietta S.; Pickering, Edward C. Perioder med 25 variabla stjärnor i det lilla magellanska molnet  //  Harvard College Observatory Circular: journal. - 1912. - Vol. 173 . - S. 1-3 . — .
  9. ↑ Kerri Malatesta. Delta Cephei . American Association of Variable Star Observers (16 juli 2010). Hämtad 22 oktober 2019. Arkiverad från originalet 6 september 2015.
  10. ↑ Leavitt, Henrietta S. Variabler från 1777 i Magellanska molnen // Annals of Harvard College Observatory. - 1908. - T. 60 . - S. 87-108 . — .
  11. ↑ 1 2 Fernie, JD Perioden-Luminosity Relation: En historisk recension  // Publikationer av Astronomical Society of the Pacific  : tidskrift  . - 1969. - December ( vol. 81 , nr 483 ). — S. 707 . - doi : 10.1086/128847 . - .
  12. ↑ Baade, W. Period-Luminosity Relation of the Cepheid  // Publikationer av Astronomical Society of the Pacific  : tidskrift  . - 1956. - Vol. 68 , nr. 400 . — S. 5 . - doi : 10.1086/126870 . - .
  13. ↑ Sesar, Branimir; Fouesneau, Morgan; Price-Whelan, Adrian M.; Bailer-Jones, Coryn AL; Gould, Andy; Rix, Hans-Walter. A Probabilistic Approach to fitting period–luminosity relations and validating Gaia Parallaxes  //  The Astrophysical Journal  : journal. - IOP Publishing , 2017. - Vol. 838 , nr. 2 . — S. 107 . doi : 10.3847 /1538-4357/aa643b . — .
  14. ↑ Hertzsprung, Ejnar. Über die räumliche Verteilung der Veränderlichen vom δ Cephei-Typus  (tyska)  // Astronomische Nachrichten  : magazin. - Wiley-VCH , 1913. - Bd. 196 . — S. 201 . - .
  15. ↑ 1 2 3 Benedict, G. Fritz; McArthur, Barbara E.; Fest, Michael W.; Barnes, Thomas G.; Harrison, Thomas E.; Patterson, Richard J.; Menzies, John W.; Bean, Jacob L.; Freedman, Wendy L. Hubble Space Telescope Fine Guidance Sensor Parallaxes of Galactic Cepheid Variable Stars: Period-Luminosity Relations  //  The Astronomical Journal  : journal. - IOP Publishing , 2007. - Vol. 133 , nr. 4 . - S. 1810 . - doi : 10.1086/511980 . - . — arXiv : astro-ph/0612465 .
  16. ↑ Kervella, P.; Merand, A.; Szabados, L.; Fouque, P.; Bersier, D.; Pompei, E.; Perrin, G. The long-period Galactic Cepheid RS Puppis  (engelska)  // Astronomy and Astrophysics  : journal. - 2008. - Vol. 480 . - S. 167 . - doi : 10.1051/0004-6361:20078961 . - . - arXiv : 0802.1501 .
  17. ↑ Bond, H.E.; Sparks, WB Om geometrisk avståndsbestämning till Cepheid RS Puppis från dess ljusekon  // Astronomy and Astrophysics  : journal  . - 2009. - Vol. 495 , nr. 2 . — S. 371 . - doi : 10.1051/0004-6361:200810280 . - . - arXiv : 0811.2943 .
  18. ↑ Benedict, G. Fritz; McArthur, B.E.; Fredrick, LW; Harrison, T.E.; Slesnick, C.L.; Rhee, J.; Patterson, RJ; Skrutskie, M.F.; Franz, OG; Wasserman, LH; Jefferys, W.H.; Nelan, E.; Van Altena, W.; Shelus, PJ; Hemenway, P.D.; Duncombe, R.L.; Story, D.; Whipple, A.L.; Bradley, AJ Astrometry with the Hubble Space Telescope: A Parallax of the Fundamental Distance Calibrator δ Cephei  //  The Astronomical Journal  : journal. - IOP Publishing , 2002. - Vol. 124 , nr. 3 . - S. 1695 . - doi : 10.1086/342014 . - . - arXiv : astro-ph/0206214 .
  19. ↑ Majaess, Daniel; Turner, David; Moni Bidin, Christian; Mauro, Francesco; Geisler, Douglas; Gieren, Wolfgang; Minnity, Dante; Chené, André-Nicolas; Lucas, Philip; Borissova, Jura; Kurtev, Radostn; Dekany, Istvan; Saito, Roberto K. New Evidence Supporting Membership for TW Nor in Lyngå 6 and the Centaurus Spiral Arm  //  The Astrophysical Journal  : journal. - IOP Publishing , 2011. - Vol. 741 , nr. 2 . — P.L27 . - doi : 10.1088/2041-8205/741/2/L27 . - . - arXiv : 1110.0830 .
  20. ↑ Pigott, Edward. Observationer av en ny variabel stjärna  (engelska)  // Philosophical Transactions of the Royal Society  : journal. - 1785. - Vol. 75 . - S. 127-136 . - doi : 10.1098/rstl.1785.0007 . - .
  21. ↑ Goodricke, John. En serie observationer av och en upptäckt av perioden för variationen av ljuset från stjärnan markerad δ av Bayer, nära huvudet på Cepheus. I ett brev från John Goodricke, Esq. till Nevil Maskelyne, DDFRS och Astronomer Royal  (engelska)  // Philosophical Transactions of the Royal Society of London  : tidskrift. - 1786. - Vol. 76 . - S. 48-61 . - doi : 10.1098/rstl.1786.0002 . - .
  22. ↑ Turner, David G. The Progenitors of Classical Cepheid Variables // Journal of the Royal Astronomical Society of Canada. - 1996. - T. 90 . - S. 82 . — .
  23. ↑ Turner, David G. PL-kalibreringen för Vintergatans Cepheider och dess konsekvenser för avståndsskalan  //  Astrophysics and Space Science : journal. - 2010. - Vol. 326 , nr. 2 . - S. 219-231 . - doi : 10.1007/s10509-009-0258-5 . - . - arXiv : 0912.4864 .
  24. ↑ Rodgers, A.W. Radievariation och populationstyp av cepheidvariabler  // Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society  : tidskrift  . - Oxford University Press , 1957. - Vol. 117 . - S. 85-94 . - doi : 10.1093/mnras/117.1.85 . - .
  25. ↑ "1912: Henrietta Leavitt upptäcker distansnyckeln." Vardagskosmologi. Np, n.d. Web. 20 okt 2014. 1912: Henrietta Leavitt upptäcker avståndsnyckeln | Everyday Cosmology (länk ej tillgänglig) . Hämtad 5 oktober 2016. Arkiverad från originalet 4 juni 2014. 
  26. ↑ Ventrudo, Brian Mile Markers to the Galaxies (länk ej tillgänglig) . One-Minute Astronomer (19 november 2009). Hämtad 24 september 2019. Arkiverad från originalet 12 mars 2015. 
  27. ↑ Singh, Simon Big Bang: Universums ursprung . — Harper Perenn, 2005. - ISBN 978-0-00-715252-0 .
  28. ↑ Johnson, George. Miss Leavitt's Stars: The Untold Story of the Woman Who Discovered How To Measure the Universe  (engelska) . — 1:a. - New York: Norton, 2005. - ISBN 978-0-393-05128-5 .
  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk